Java 源代码经过编译后会生成后缀为 class 的文件，也即字节码文件。然后在 Android 中使用 dx 工具将其转换为后缀为 jar 的 dex 类型文件。 Dalvik 虚拟机负责解释并执行编译后的字节码。在解释执行字节码之前，当然要读取文件，分析文件的内容，得到字节码，然后才能解释执行之。在整个的加载过程中，最为重要的就是对 Class 的加载 – Class 包含 Method ， Method 又包含 code 。通过对 Class 的加载，我们即可获得所需执行的字节码。

本文从 dexfile 文件分析及 Class 加载中的数据结构入手，结合主要流程，对整个加载过程进行分析，期望对大家有所帮助。

1. DexFile 在内存中的映射

在 Android 系统中， java 源文件会被编译为后缀为 jar 的 dex 类型文件，在代码中称为 dexfile 。在加载 Class 之前，必先读取相应的 jar 文件。通常我们使用 read 函数来读取文件中的内容。但在 Dalvik 中使用 mmap 函数，和 read 不同， mmap 函数会将 dex 文件映射到内存中，这样通过普通的内存读取操作即可访问 dex file 中的内容。

Dexfile 的文件格式如下图所示，主要有三部分组成：头部，索引，数据。通过头部可知索引的位置和数目，可知数据区的起始位置。其中 classDefsOff 指定了 ClassDef 在文件的起始位置， dataOff 指定了数据在文件的起始位置， ClassDef 即可理解为 Class 的索引。通过读取 ClassDef 可获知 Class 的基本信息，其中 classDataOff 指定了 Class 数据在数据区的位置。

在将 dexfile 文件映射到内存后，即会调用 dexFileParse 函数对其分析，分析的结果存放于名为 DexFile 的数据结构中。 DexFile 中的 baseAddr 指向映射区的起始位置， pClassDefs 指向 ClassDefs （即 class 索引）的起始位置。由于在查找 class 时，都是使用 class 的名字进行查找，为了加快查找速度，创建了一个 hash 表。在 hash 表中对 class 名字进行 hash ，并生成 index 。这些操作都是在对文件解析时所完成的，这样虽然在加载过程中比较耗时，但是在运行过程中确可节省大量查找时间。

2. ClassObject - Class 在加载后的表现形式

在对文件解析完成后就要加载 Class 的具体内容了！在 Dalvik 中，由 ClassObject 这个数据结构负责存放加载的信息。如下图所示，加载过程会在内存中 alloc 几个区域，分别存放 directMethods, virtualMethods, sfields, ifields 。这些信息正是从 dex 文件的数据区中读取。首先会读取 Class 的详细信息，从中获知 directMethod, virtualMethod, sfield, ifield 等的信息，然后再读取。下图为加载完成后的示意。这里并未介绍加载的每个细节，感兴趣的同学可通过此二图自行分析。

还请大家注意的是在 ClassObject 结构中有个名为 super 的成员。通过 super 成员来指向它的超类。

3. findClassNoInit – 负责加载 Class 并生成相应 ClassObject 的函数。

第二节介绍了加载后的数据结构，本节会分析负责加载工作的函数 - findClassNoInit 。请注意在获取 Class 索引时，会分为基本类库文件和用户类文件两种情况。在 Dalvik 分析之准备篇中， grund.sh 中有一语句 “ export BOOTCLASSPATH=$bootpath/core.jar:$bootpath/ext.jar:$bootpath/framework.jar:$bootpath/android.police.jar” 。这条语句指定了 Dalvik 所需的基本库文件，如果没有此语句， Dalvik 在启动过程中就会报错退出。

LoadClassFromDex 函数先会读取 Class 的具体数据（从 ClassDataoff 处），然后按图索骥，分别加载 directMethod ， virtualMethod ， ifield ， sfield 。

作为业界 TOP 公司出品的东东，当然要关注执行效率了 ^_^ 。首先，在加载后我们要将其缓存起来，以便以后使用方便。其次，在查找过程中，如果我们顺序查找的话，当然是很慢的拉。这当然是俺们 senior engineer 所不能容忍的，所以 gDvm.loadedClasses 这个 Hash 表就隆重出场了。什么，这位同学说没有几个 Class ，至于这么大动干戈么。让我们看看，通过在准备篇中介绍的方法，我们在 main.c 249 行设置断点，这个时候基本库已加载完毕。当程序停下时，我们看看 gDvm 的值，可以看到 numLoadedClasses 这个成员的值为 212 ！也即意味着这个时候我们什么也没做，用户类也未加载， Dalvik 已加载的 Class 数目已达到 212 。

dvmLinkClass ，好长，但是其最终好像会再次调用 findClassNoInit 。嗯，也是可以理解的嘛。如果一个子类需要调用超类的函数，那它当然要先加载超类了，可能的话，甚至会加载超类的超类 ^_^ 。

眼见为虚，实践出真知，拿 gdb 调试下。

在 findClassNoInit 函数处设置断点 ( 在 gdb 提示符后输入 ”b findClassNoInit”) ，在 gdb 提示符后连续几次执行 ”c” 和 ”bt” 。可出现如下信息，可以看到在函数调用栈上可以多次看到 findClassNoInit 的身影。

(gdb) bt

#0 findClassNoInit (descriptor=0xfef4c7f4 "??????%", loader=0x0, pDvmDex=0x0)

at dalvik/vm/oo/Class.c:1373

#1 0xf6fc4d53 in dvmFindClassNoInit (descriptor=0xf5046a63 "Ljava/lang/Object;", loader=0x0)

at dalvik/vm/oo/Class.c:1194

#2 0xf6fc6c0a in dvmResolveClass (referrer=0xf5837400, classIdx=290,

fromUnverifiedConstant=false) at dalvik/vm/oo/Resolve.c:94

#3 0xf6fc3476 in dvmLinkClass (clazz=0xf5837400, classesResolved=false)

at dalvik/vm/oo/Class.c:2537

#4 0xf6fc1b67 in findClassNoInit (descriptor=0xf6ff0df6 "Ljava/lang/Class;", loader=0x0,

pDvmDex=0xa04c720) at dalvik/vm/oo/Class.c:1489

现在从另一个角度去观察。在 class.c 2575 行设置断点，然后等待程序停下。看下 clazz 的内容。

(gdb) p clazz->super->descriptor

$6 = 0xf5046a63 "Ljava/lang/Object;"

(gdb) p clazz->descriptor

$7 = 0xf5046121 "Ljava/lang/Class;"

4. 基本类库文件的加载

先在 findClassNoInit 函数处设置断点，然后运行程序，等待程序的停下。

(gdb) b findClassNoInit

Breakpoint 2 at 0xf6fc13e0: file dalvik/vm/oo/Class.c, line 1373.

(gdb) c

Continuing.

看看谁是第一个加载的 Class ，及其调用关系。

(gdb) bt

#0 findClassNoInit (descriptor=0x0, loader=0x0, pDvmDex=0x0) at dalvik/vm/oo/Class.c:1373

#1 0xf6fc32a1 in dvmLinkClass (clazz=0xf5837350, classesResolved=false)

at dalvik/vm/oo/Class.c:2491

#2 0xf6fc1b67 in findClassNoInit (descriptor=0xf6ff1ded "Ljava/lang/Thread;", loader=0x0,

pDvmDex=0xa04c720) at dalvik/vm/oo/Class.c:1489

#3 0xf6f92692 in dvmThreadObjStartup () at dalvik/vm/Thread.c:328

#4 0xf6f800e6 in dvmStartup (argc=2, argv=0xa041190, ignoreUnrecognized=false, pEnv=0xa0411a0)

at dalvik/vm/Init.c:1155

#5 0xf6f8b8e3 in JNI_CreateJavaVM (p_vm=0xf6ff0df6, p_env=0xf6ff0df6, vm_args=0xfef4d0b0)

at dalvik/vm/Jni.c:4198

#6 0x08048893 in main (argc=3, argv=0xfef4d168) at dalvik/dalvikvm/Main.c:212

函数调用顺序清晰可见： main -> JNI_CreateJavaVM-> dvmStartup-> dvmThreadObjStartup-> dvmFindSystemClassNoInit-> findClassNoInit 观察仔细的同学可能会问在调用栈中没有看到 dvmFindSystemClassNoInit 啊，为何你这样写啊？我估计编译器将其作为 inline 优化了，导致 gdb 看不到有 dvmFindSystemClassNoInit 的栈。从回溯栈中也可清晰的看到

5. 用户类文件的加载

用户类文件的加载颇为曲折，它会先加载一个 Class 。然后这个 Class 去负责用户类文件的加载，当然了，这个 Class 又会通过 JNI 的方式去曲折调用到 findClassNoInit 。这个就留给大家自己分析了，其实楼主自己也不是很明白为什么要这么大费周折 ^_^ 。

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